1

Nästa generations jaktplan Claes Eriksson

Nästa generations jaktplan har egenskaper som:

Interna vapen där luckor öppnas och GPS-styrda bomber eller missiler skickas ut.

Liten radarmålyta med hjälp av form på kropp, motorinsug och luckor. Avsaknaden av externa vapen hjälper till att reducera radarreflexer.

Dubbla motorer, som i vissa tillämpningar är placerade med stort mellanrum för att tillåta att planet fly-ger vidare om en robot träffar den ena motorn.

Lågt luftmotstånd och speciellt i transsoniska hastigheter hjälper en mjukt varierande tvärsnittsyta att sänka luftmotståndet, Även de interna vapnen hjälper att minska luftmotståndet främst i överljud jämfört med externa vapen hängda på vapenbalkar, man kan integrera smala IR-sökande robotar i vingspetsar och utnyttja bakdelen av dess fästen för skenmål såsom remsor eller brinnande facklor för att försvara sig själv mot robotattacker.

Det låga luftmotståndet och kraftiga motorer gör att man kan flyga i överljud med släckt ebk, detta medför en mycket högre verkningsgrad och längre räckvidd än flygning med ebk tänd samt ett mindre lysande mål för IR-robotar.

Då datorer blir mindre och kraftfullare kan man i princip integrera en hel luftstridscentral i planets kraft-fulla sensorer ihop med datorernas mjukvara och med speciell frekvens- och signalkodnings hoppande kommunikation styra andra flygplan och vapen från dessa moderna ”moderskepp”.

Jaktplanstillverkare jobbar med nya kon-struktioner och många av dem ser ut som versioner av de Amerikanska F-22 eller YF-23. Vilka egenskaper är det man söker: 1) Reducerad målarea för främst radar. Lösningarna skiljer sig åt beroende på från vilka vinklar man söker reduktionen. Den vanligaste är framifrån. Det medför att man skärmar av motorns fläktsteg från att nås av radarvågor. Formen och ytbeläggningen (som omvandlar radar-energi till värme) på planet gör att man styr radarekons riktning iväg från rikt-ningen den kom in och sänker dess styrka. Man undviker ytor som kan reflektera radarstrålning som tex vissa ytor i motor-insugen. Luckor i flygkroppen görs tag-giga och har minimal yta vinkelrätt mot antagna radarstrålars infallsvinkel. Man är noga med termisk strålning så att fiendens FLIR ”Fwd Looking Infra Red” inte upptäcker planet på långt avstånd. Man undviker externa vapen, detta ger även en stor fördel som minskat luftmot-stånd främst vid överljudsflygning. Man har stora interna vapenrum för robotar och styrda bomber. Att minska radareko akterut är svårare för ett överljudsjaktplan. Detta är viktigt då man vill få tillbaka plan och pilot efter utfört uppdrag. Idealt flyger man då i överljudsfart med släckt ebk ”supercruise” samt löser på något sätt att värmestrålningen och radarekot inifrån ebk inte upptäcks så lätt att fiendens robotar kan låsa på dessa ytor. Ryssland verkar inte fokusera på detta då man har ”nakna” ebk ytterväggar och

stora traditionella motorutblås. Man är mera fokuserad på anfall och mindre på att få hem pilot och flygplan på sin sen-aste Su-57. Man kan minska risken att bli nedskjuten av en missil genom att ha motorerna ordentligt separerade, så att en missilträff i ena motorn inte automatiskt medför att den andra slås ut. Ryssland har valt denna lösning på Su-57. Dock har de lagt ett bakre vapenrum mellan motorerna. Är de vapnen förbrukade i anfallet så medför det inte en ökad risk för planet om en robot träffar ena motorn och fragment tränger in i bakre vapenrummet på väg hem. Så logiskt har man anfallsvapen i detta vapenrum och självförsvars missiler i det främre vapenrummet. 2) Supercruise. Man kan få en stor räckvidd i höga has-tigheter genom att flyga utan tänd ebk. Detta har gjorts länge tex med Concorde, som kan nå M2.1 med släckt ebk. Den är endast tänd under start och då ljudvallen ska passeras i transsoniska farter. Pga mycket avancerat luftintag nås en bety-dande ökning av det statiska trycket in-nan luften går vidare in i motorn. Paneler styr en serie sneda stötar som avslutas med en nödvändig rak stöt ”ljudbang” för maximal statisk tryckåtervinst. Vidare krävs en stor mängd styrda luckor för

kylning av nacelle och att anpassa mäng-den luft som motorn verkligen kan svälja. Allt detta försvårar radarmålareans re-duktion för militära jaktplan, så de har enklare insug med färre rörliga delar. De når dock mellan M1.5-1.8 i supercruise. Även om motorns verkningsgrad är hög under supercruise, speciellt om man har motorer med ”variable bypass”, där man i överljud låter mera massflöde gå genom kärnmotor och avancerade luftintag, så medför flygning i M1.8 ändå ett stort luftmotstånd och stor bränsleförbruk-ning. Dock är den mycket mindre än motsvarande flygning med tänd ebk. En ebk som bränner jetbränsle under tämligen lågt tryck har en dålig verk-ningsgrad och därmed en stor bränsleför-brukning och kort räckvidd. Fördelen är att ebkn är relativt enkel, väger lite, på-verkar inte motortvärsnittet och tvingar man fiende att tända sin ebk så måste den avbryta striden ganska snabbt för att ha bränsle att flyga hem. Med kraftiga och stora motorer för su-percruise får man betydande max effek-tökning vid max tänd ebk. Så de senaste jaktplansmotorerna ligger på 35 000lb och uppåt ofta med två motorer.

Claes tog examen från KTH Flyg 1986 och från Stanford University 1987. Han har arbetat

med jaktplansvingar och rymdflygplan vid FFA, med jetmotorer vid Volvo Aero & GE, PWA,

BMW-RR, SAS samt med design av flygplanskomponenters test och verktygssatser på ST

Engineering Aerospace.

F-22 YF-23

2

Nästa generations jaktplan

3) Sensorer, radar och kommuni-kation Man vill ha en radar av senaste modell med styrd radarlob s.k. Active Scanned Electronic Array AESA radar, som byggs upp av ett stort antal halvledarelement ofta i galliumnitrid istället för kisel. Denna radar kan även störa ut markra-dar, så deras räckvidd för mållåsning minskar. Problemet för flyget är att storleken på radar spelar roll, därmed har skepps-burna radar en fördel då de kan vara mycket större. Dock är fartygen ett större mål för jaktplanets sjömålsmissiler som RBS-15 men fartygets radar som AN/SPY-6 AESA 3D radar (Flight III), som styr SM-2 eller motsvarande Aster-15 missi-ler, vill låsa först på jaktplanet. Fartygen som tex Kirov klassen kan då skicka ut störsignaler, som begränsar flygplansra-darns effektiva räckvidd. Det är en katt och råtta lek vem som låser först, planet med sin lilla radar mot det stora målet eller fartyget med stor radar mot det lilla målet. Båda kan ha aktiva störsändare som begränsar den andra radarns effek-tiva räckvidd. Man vill även ha bra sensorer i IR bandet som är passiva och inte upptäcks av fi-ende. En påslagen radar är ett utmärkt mål för en ”High speed anti-radiation missile” så man vill inte tända upp den i onödan. Man har modernare och mindre stör-ningskänsliga kommunikationssystem än gamla NATO Link-16. Man har även sä-ker satellitkommunikation och man har även Link-16 för att kommunicera med 4:e gen jaktplan. Det senaste F-35 har elektronik som lik-nar en kommandocentral och kan leda andra plan samt själv flyga attackuppdrag med liten radarmålarea. Dock är det en-motorigt och dess konstruktion är opti-merad för att vara en supersonisk Harrier- ersättare som är ett attackplan. 4) Aerodynamik Man ser att ”area ruling” med mjukt vari-erande tvärsnittsarea styr design av pla-nets vingar, fena/sidroder och horisontell stabilisator/höjdroder med dess place-ring. Man vill ha en strake på vingen som även den minskar det transsoniska mot-ståndet och försöker integrera den med ett motorinsug. Framkroppen är då ofta triangelformad på undersidan för att hjälpa motorinsugen att få in större luft-massa. Detta medför ofta en trapetsoid huvud-vinge med fenor som placeras i gapet mellan huvudvingen och de fullt rörliga kombinerade höjdroder/stabbe långt bak för att få max hävarm till planets tyngd-punkt.

Pga stealth-krav har man ”diverterless engine intakes” då de plattor man ofta ser, som ska förhindra gränsskiktet att sugas in i motorn, har tagits bort och man försöker lösa problemet med tryckbilden in till motorn på an-nat sätt. Man har krökta insug, som ska förhindra direkt radarre-flex från motorerna och det för-svårar den dynamiska tryckåter-vinningen till statiskt tryck innan motorinsuget. Man har fläktblad med längre korda och utan klackar (mid-span shrouds), som då tål oren tryckbild i insu-get mycket bättre innan fläktbladen ham-nar i vibrationer/fladder. Man får problem med dessa ”feta” tvär-snitt på tvåmotorjaktplan med stort av-stånd mellan motorerna och stora interna vapenrum då det ökar luftmotståndet och ofta medför korta vingar. Andra negativa effekter kan uppstå pga det stora tvärsnit-tet vid manövrar då man ökar anfallsvin-keln och en stor yta träffar luftströmmen. I transsonik får dessa ”feta” jaktplan problem i kurvstrid med sitt stora kroppstvärsnitt och sina korta vingar då anfallsvinkeln och luftmotståndet ökar och de måste snabbt utnyttja sitt drag-kraftsöverskott mha dubbla 35 000 lb motorer mot 24 000-29 000 lbs enmo-torjaktplan. Lite samma effekt som på AJ-37 Viggen. De tyngre dubbelmotoriga femte generat-ionens jaktplan har då ett taktiskt över-läge pga. sin hastighet och radarmålarea, där de kan låsa på mål mycket tidigare än vad fjärde generationen kan. Dock med datalänkar, flygande radarspaningsplan med lång räckvidd, sjö- och mark-radar så får de stora jaktplanen problem att dölja sitt stora horisontella tvärsnitt. De har även liten termisk emission då man försöker undvika heta ytor och ut-släpp längs med flygkroppen och använ-der bränsle som kylmedia där det går. Är BAe design för Turkiet typisk: Insug och strake ihop, trapetsvingform med både framkant och bakkantsklaff, fenor i gapet till stabbe/höjdroder, interna va-pen, vanliga motorutblås dock taggiga med skrov som täcker ebk och motorer ganska tätt ihop, främre vapenrum och”raka” insug. Luftutsläpp endast på ovansida.

5) Räckvidd och lufttankning Då man har tyngre jaktplan med större vapenrum och stora avlånga interna bränsletankar får man längre räckvidd, speciellt i supercruise. Detta ihop med lufttankning ger då en längre aktionsra-die. De lufttankningsplan som finns är svåra att skydda från fientliga jaktflyg eller missiler i klass med SM-2, SM-3 och Aster-15/-30 missiler eller motsvarande ryska missiler som SS-400. Man försöker med radar-absorberande färg och stör-sändare begränsa fiendens förmåga att låsa på tankplanet. Många lufttankningsplan är i grunden civila med militärt anpassade modifie-ringar så att de ska bli mer tåliga i strid. Boeing hade mycket att göra på KC-46A för att göra det mera stryktåligt för fient-lig eld enligt USAF spec’ar. Troligtvis behöver Airbus motsvarande A330 MRTT gå igenom samma uppgradering för att nå samma överlevnadsförmåga i strid som ändå är begränsad. Ju snabbare lufttankning desto mindre risk att bli fångad ”med snabeln i näsan” och USAF har ett system med ett flygande expanderat rör som man manuellt manö-vrerar in i en lucka på mottagarplanet. USN och andra flygvapen som RAF har ett enklare system med en slang+korg med mindre kapacitet. Airbus A330MRTT har både ”snabel” + ”slangar och korgar” och jobbar med datastyrning mellan A330MRTT fly-by-wire och jakt-planen fly-by-wire styrsystem för att snabbt göra ”aerial refuelling” automa-tiskt.

Concorde

Turkiska TF-X efter samarbete med BAe.

3

Nästa generations jaktplan

Exempel på nästa generation:

Lookheed Martin F-35A

Ryska Su-57

Lookheed Martin F-22

Korean KF-X Fransk-Tysk-Spanska

FCAS

KC-46A

A330 MRTT

4 Nästa generations jaktplan

Japanska Mitsubishi F-3

Brittisk-italienska Tempest

Brittisk-italienska Tempest

Japanska Mitsubishi F-3

Kinesiska Shengdu J-20

Kinesiska Shengdu J-20 Turkiska TF-X efter samarbete med BAe.

Sverige är med i Tempest med ett kontrakt under en fas av utvecklingen och man ser även på möjligheter att föra över teknologi till JAS projektet. Det är många kvarvarande steg och kostnader till att Sverige skulle gå med som full partner i ett serieproduktionsavtal.

5

Nästa generations jaktplan

Även i det senaste överljuds-skolflygplanet från Boeing/Saab ser man dessa konstruktionslösningar delvis i ett enmotorutfö-rande med ”strake”, svagt trapetsformad vinge, fena i mellan-rummet till fullt rörlig stabilisator/höjdroder. Av kostnadsskäl har man ingen radar och konfigurationen liknar mycket F-18 med hopp om att kunna få byta ut USN skolflygplan T-45 av en annan generation med längre vingar och traditionellt stjärtparti som endast flyger i underljud.

USAF T-7A

Boeing/Saab T-7A USN T-45 Goosehawk